Une nouvelle technique de cartographie cérébrale capture chaque connexion entre les neurones

Le cerveau humain fait partie des plus grands territoires inexplorés de l'univers. Et comme pour toute terre mystérieuse, le secret pour la comprendre commence par une bonne carte.

Les neuroscientifiques ont maintenant fait un grand pas vers l'objectif de cartographier les connexions entre les neurones du cerveau en utilisant des morceaux de matériel génétique pour coder chaque cellule cérébrale individuelle. La technique, appelée MAP-seq, pourrait aider les chercheurs à étudier des troubles comme l'autisme et la schizophrénie avec des détails sans précédent.

Nous avons la base d'une toute nouvelle technologie avec un million d'applications, déclare Anthony Zador, neuroscientifique au Cold Spring Harbor Laboratory qui a inventé la technique.

Les méthodes actuelles de cartographie des connexions neuronales, connues sous le nom de connectome du cerveau, reposent généralement sur des protéines fluorescentes et des microscopes pour visualiser les cellules, mais elles sont laborieuses et ont du mal à suivre les connexions de nombreux neurones à la fois.

Nous avons la base d'une toute nouvelle technologie avec un million d'applications.

MAP-seq fonctionne en créant d'abord une bibliothèque de virus contenant des séquences d'ARN randomisées. Ce mélange est ensuite injecté dans le cerveau, et environ un virus pénètre dans chaque neurone dans la zone d'injection, attribuant à chaque cellule un code à barres ARN unique. Le cerveau est ensuite tranché et coupé en sections ordonnées pour le traitement. Un séquenceur d'ADN lit les codes-barres d'ARN et les chercheurs créent une matrice de connectivité qui affiche la façon dont les neurones individuels se connectent à d'autres régions du cerveau.

L'étude récemment publiée, qui paraît jeudi dans la revue Neurone , suit les connexions sortantes tentaculaires de 1 000 neurones de souris dans une région du cerveau appelée locus coeruleus pour montrer que la technique fonctionne. Mais Zador dit que les résultats concilient en fait des découvertes auparavant contradictoires sur la façon dont ces neurones se connectent à travers le cerveau.

Justus Kebschull, qui a travaillé avec Zador dans le développement de MAP-seq, dit que la technique s'améliore. Nous cartographions maintenant 100 000 cellules à la fois, en une semaine, dans une expérience, dit-il. Cela n'était auparavant possible que si vous mettez un ton de travail dans.

L'autisme et la schizophrénie sont considérés comme des troubles pouvant découler d'une connectivité cérébrale dysfonctionnelle. Il existe peut-être des centaines de mutations génétiques susceptibles de modifier légèrement le câblage du cerveau au cours de son développement. Nous examinons des modèles de souris où quelque chose est gâché. Et maintenant que la méthode est si rapide, nous pouvons examiner de nombreux modèles de souris, dit Kebschull. En comparant les circuits cérébraux chez les souris avec différents gènes candidats pour l'autisme, les chercheurs s'attendent à obtenir de nouvelles informations sur la maladie.

Je pense que c'est une excellente méthode qui a beaucoup de place pour se développer, déclare Je Hyuk Lee, biologiste moléculaire au Cold Spring Harbor Laboratory, qui ne faisait pas partie de l'étude MAP-seq. Bien que d'autres groupes aient utilisé des codes-barres similaires pour étudier les différences individuelles entre les cellules, personne ne savait si les codes-barres seraient capables de voyager le long des connexions neuronales à travers le cerveau. Cela avait été conjecturé mais jamais démontré, surtout pas à cette échelle, dit Lee.

Zador dit qu'à l'heure actuelle, son laboratoire est le seul à coder à barres le cerveau, mais il espère que d'autres commenceront à utiliser MAP-seq pour cartographier les circuits du cerveau. Parce que le coût du séquençage continue de chuter, nous pouvons envisager de le faire rapidement et à moindre coût, a-t-il déclaré. Il ne faudra peut-être pas longtemps avant qu'une carte complète du cerveau soit prête pour son premier explorateur.

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